倍硫磷在新疆哈密瓜中的殘留檢測及其在土壤中的降解行為研究

步巖剛，錢宗耀

（1.新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州農(nóng)產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測中心，新疆昌吉 831100；2.滁州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽滁州 239000）

殺蟲劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，而其在環(huán)境、食品等方面造成的污染也日益嚴(yán)重[1]。倍硫磷是一種有機(jī)磷類農(nóng)藥，具有觸殺和胃毒作用，主要用于小麥、大豆、蔬菜等作物害蟲的殺滅[2]。倍硫磷可以通過生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生5種代謝產(chǎn)物，分別是倍硫磷砜、倍硫磷亞砜、倍氧磷、倍氧磷砜和倍氧磷亞砜。倍硫磷是一種神經(jīng)毒劑，可在人體和動(dòng)物體內(nèi)蓄積，由倍硫磷及其衍生物毒性導(dǎo)致的死亡率比其他類別的殺蟲劑更高[3]。我國允許使用倍硫磷，但對其在食品中的最大殘留限量要求相對嚴(yán)格。因此，有必要分析倍硫磷及其代謝物在各種樣品中的殘留量。

作為哈密瓜的主產(chǎn)區(qū)之一，新疆地處干旱地區(qū)，氣候特征表現(xiàn)為晝夜溫差大，種植的哈密瓜色澤鮮艷美觀，氣味芳香，口感香甜[4]。在種植過程中，會(huì)使用不同種類的藥劑對哈密瓜病蟲害進(jìn)行防治。GB 2763—2021《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中農(nóng)藥最大殘留限量》將瓜果蔬菜中的倍硫磷及其主要代謝產(chǎn)物倍硫磷砜的最大殘留限量（MRL）設(shè)置為0.05 mg/kg，因此在對其殘留量進(jìn)行檢測時(shí)所采用的方法定量限應(yīng)小于其最大殘留限量值。研究表明，農(nóng)作物和果樹在種植過程中施用的農(nóng)藥，只有少部分達(dá)到預(yù)期的病蟲害防治目標(biāo)，其余部分農(nóng)藥會(huì)通過滲透作用進(jìn)入農(nóng)作物體內(nèi)，部分農(nóng)藥會(huì)附著在農(nóng)作物和農(nóng)田土壤，通過降雨和地表徑流等途徑轉(zhuǎn)移到環(huán)境水體中，造成生態(tài)系統(tǒng)污染。農(nóng)藥的降解規(guī)律與其在環(huán)境中的殘留量密切相關(guān)，殘留量也是影響農(nóng)藥在環(huán)境中歸趨的重要指標(biāo)。因此，綜合評價(jià)農(nóng)藥在不同環(huán)境樣品中的殘留、遷移、轉(zhuǎn)化和降解規(guī)律，有利于評估相關(guān)地區(qū)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)水平[5]。

目前，針對不同類型樣品中倍硫磷和倍硫磷砜殘留量的檢測方法主要有氣相色譜法[6-9]、氣-質(zhì)聯(lián)用法和液-質(zhì)聯(lián)用法[10-15]。本文選取新疆特色瓜果品種——哈密瓜為研究對象，使用氣-質(zhì)聯(lián)用儀檢測并分析哈密瓜樣品及其產(chǎn)地環(huán)境樣品（土壤和水）中倍硫磷及其代謝產(chǎn)物倍硫磷砜的殘留量，同時(shí)對倍硫磷在土壤中的降解規(guī)律進(jìn)行研究，旨在控制哈密瓜種植過程中農(nóng)藥施用后的殘留水平，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)新疆特色瓜果的安全生產(chǎn)，以及農(nóng)藥在不同樣品中的含量、分布、轉(zhuǎn)移以及降解程度的研究提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器與材料

氣相色譜-質(zhì)譜儀7890A-5977C，Agilent公司；均質(zhì)機(jī)T18，IKA公司；離心機(jī)LXJ-IIB，上海安亭公司；固相萃取裝置Visiprep DL SPE，Supelco公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀SB-1100，EYELA公司；萬分之一分析天平CP213，OHAUS公司；氮吹儀MD200，寧波新藝公司。乙腈、丙酮、甲苯，4 L農(nóng)殘級，Merck公司；石墨化炭黑氨基柱GCB-NH2（600 mg/5 mL）、親水親脂平衡柱HLB（600 mg/5 mL），Waters公司；倍硫磷和倍硫磷砜標(biāo)準(zhǔn)品（1 000 mg/L），Sigma-Aldrich公司；其余試劑均為市售分析純。

在新疆地區(qū)選擇5個(gè)哈密瓜種植基地為試驗(yàn)點(diǎn)，采集哈密瓜樣品、土壤樣品及灌溉水樣品。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)溶液（20.0 mg/L，丙酮配制）于-20℃避光儲(chǔ)存，試驗(yàn)前使用丙酮稀釋到試驗(yàn)所需的工作曲線濃度。

1.3 樣品的采集與處理

哈密瓜樣品：從種植基地采摘成熟的哈密瓜，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)隨機(jī)采集5個(gè)樣品。

土壤樣品：各試驗(yàn)點(diǎn)隨機(jī)采集5份表層土壤（0～20 cm）樣品，將土樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，剔除土壤中的石塊、根系等雜質(zhì)，對土壤樣品進(jìn)行24 h凍干處理，再將其研磨成粉末狀供分析。

水樣：采集各試驗(yàn)點(diǎn)附近灌溉使用水，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)采集4 L，于-4℃低溫避光保存。

1.4 樣品的前處理

1.4.1 土壤樣品

稱取1.00 g土樣于錐形瓶中，加入10 mL乙腈溶液，超聲提取25 min，抽濾，濾液在40℃金屬浴條件下使用氮?dú)獯抵两?，再加入丙酮定容?.00 mL，過0.45 μm濾膜，待測定。

1.4.2 哈密瓜樣品

稱取25.0 g樣品放入燒杯中，加入50 mL乙腈，使用組織搗碎機(jī)高速勻漿2 min，過濾至具塞量筒中，加入10.0 g氯化鈉使濾液水相飽和，待靜置分層后，取上層液體10.0 mL于濃縮瓶中，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至約5 mL，待凈化。使用石墨化炭黑氨基柱凈化提取液，加入5 mL乙腈＋甲苯（體積比3∶1）活化萃取柱后，立即轉(zhuǎn)移提取液至萃取柱中，收集洗脫液。再用10 mL乙腈＋甲苯淋洗萃取柱，最后將洗脫液蒸發(fā)濃縮至近干，用丙酮定容至2.0 mL，將液體過0.45 μm濾膜后待測定。

1.4.3 水樣

在HLB柱中依次加入5 mL乙腈、5 mL水，使HLB柱活化后將1 L水樣過柱富集，用6 mL乙腈洗脫，再用氮?dú)鈱⑾疵撘捍抵两?，然后使用乙腈定容?.0 mL，將液體過0.45 μm濾膜后待測定。

1.5 降解試驗(yàn)

在采集的土壤中進(jìn)行倍硫磷降解規(guī)律的研究。假設(shè)農(nóng)藥在設(shè)定時(shí)間內(nèi)的最高降解率在90%以上，結(jié)合該方法的檢測限，試驗(yàn)設(shè)置倍硫磷初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 mg/kg。在250 mL錐形瓶中加入準(zhǔn)確稱量的20.0 g土樣，每個(gè)處理3次重復(fù)，同時(shí)以不加農(nóng)藥的土壤作為空白對照，保存在恒溫（20℃）光照箱中，定期補(bǔ)充水分至初始含水量（20%）。與此同時(shí)，選擇一組避光保存，以此對比光照對農(nóng)藥降解的影響，測定加入農(nóng)藥7、14、21、28、35 d后土壤中倍硫磷含量。

1.6 色譜和質(zhì)譜儀器條件

色譜柱：HP-5MS（5% Phenyl-Methyl-Siloxane；30 m×0.25 mm，0.5 μm）；進(jìn)樣量和進(jìn)樣模式：1.00 μL，不分流進(jìn)樣（高純氦氣含量≥99.999%，流速1.5 mL/min）；進(jìn)樣口：250℃；柱溫箱程序升溫設(shè)定：100℃保持1 min，以10℃/min的速率升至280℃，保持15 min；離子源（EI模式，70eV）和傳輸線溫度分別為230℃和270℃；四級桿溫度為170℃；掃描方式為選擇離子掃描監(jiān)測模式。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)譜條件優(yōu)化

將倍硫磷和倍硫磷砜標(biāo)樣溶液（2.0 mg/L）進(jìn)樣分析，采用全離子掃描模式（m/z，50～450）分析目標(biāo)化合物并確定保留時(shí)間及其質(zhì)譜圖，選擇豐度較高的碎片離子進(jìn)行定性和定量分析，相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 倍硫磷和倍硫磷砜的質(zhì)譜條件

2.2 方法學(xué)參數(shù)

在上述儀器條件下，對不同質(zhì)量濃度（0.10、0.20、0.50、1.0、2.0 mg/L）的倍硫磷和倍硫磷砜標(biāo)樣溶液進(jìn)行分析，每個(gè)質(zhì)量濃度的標(biāo)樣溶液分析5次。在此范圍內(nèi)，將進(jìn)樣濃度設(shè)定為橫坐標(biāo)，以定量離子的色譜峰面積為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性方程，其相關(guān)系數(shù)r2均大于0.999。由此可見，倍硫磷和倍硫磷砜在該質(zhì)量濃度范圍內(nèi)具有較好的線性關(guān)系，圖1為倍硫磷和倍硫磷砜標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖。

圖1 倍硫磷和倍硫磷砜標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

在不含目標(biāo)化合物的空白樣品（土壤和哈密瓜）中分別添加低、中、高3個(gè)濃度水平的倍硫磷和倍硫磷砜標(biāo)準(zhǔn)溶液（具體添加量見表2）進(jìn)行添加回收試驗(yàn)。按確定的提取和凈化步驟進(jìn)行前處理，用GC-MS測定，每個(gè)添加樣品均測定6次，計(jì)算平均回收率。結(jié)果表明，倍硫磷和倍硫磷砜在土壤樣品中的平均回收率為82.3%～93.3%，在哈密瓜樣品中的平均回收率為83.2%～104.1%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.3%～7.9%。該方法的準(zhǔn)確度和精密度均能滿足農(nóng)藥殘留檢測標(biāo)準(zhǔn)要求[16-17]。在上述分析方法檢測條件下，將檢出限（LOD）以3倍信噪比（S/N）表征，將最低檢測濃度（LOQ）以10倍信噪比（S/N）表征，結(jié)果見表2。

表2 方法學(xué)參數(shù)

基質(zhì)效應(yīng)是影響定量分析準(zhǔn)確性的一個(gè)重要因素，尤其是在有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測過程中[18]。一般來說，基質(zhì)效應(yīng)源于樣品中內(nèi)源性物質(zhì)（如色素和脂肪酸）去除不充分，雜質(zhì)與有機(jī)磷農(nóng)藥的共存會(huì)減弱或增強(qiáng)目標(biāo)化合物的響應(yīng)。與此同時(shí)，有機(jī)磷類農(nóng)藥因其含有P=O或P=S基團(tuán)，較易在氣相色譜儀進(jìn)樣口內(nèi)襯管的活性位點(diǎn)吸附，影響其最終的響應(yīng)峰面積[19]。通過比較在純?nèi)軇┲兄苽涞囊阎獫舛葮?biāo)樣（S）和哈密瓜空白提取物中制備的工作標(biāo)樣（M）的斜率，評估得到倍硫磷和倍硫磷砜的基質(zhì)效應(yīng)［（M-S）/S］分別為3.3%±0.24%和5.8%±0.15%，當(dāng)基質(zhì)效應(yīng)在-10%～＋10%可被忽略不計(jì)[20]。

2.3 樣品測定

以往的研究側(cè)重于食品、農(nóng)產(chǎn)品和水產(chǎn)品中有機(jī)磷類農(nóng)藥的檢測，而本文的檢測方法則側(cè)重于特定農(nóng)產(chǎn)品——哈密瓜中的倍硫磷及倍硫磷砜的殘留量，試驗(yàn)結(jié)果見表3。在不同產(chǎn)地的灌溉水和哈密瓜樣品中未檢測到倍硫磷（低于檢出限），但在土壤樣品中檢測到少量的倍硫磷殘留。不同地區(qū)的土壤，農(nóng)藥的殘留消解各不相同，其主要影響因素有農(nóng)藥施用期間的環(huán)境因素如溫度、水分、土壤類型等[21]。由于倍硫磷的化學(xué)穩(wěn)定性高、遷移率低，施用該類農(nóng)藥在管理措施不當(dāng)?shù)那闆r下，其殘留可能會(huì)對農(nóng)作物和環(huán)境產(chǎn)生不良的影響，因此需要根據(jù)實(shí)際的病蟲害情況，在合理的范圍內(nèi)調(diào)整倍硫磷的施用量及頻次。本次試驗(yàn)果實(shí)樣品和環(huán)境水樣中均未檢出倍硫磷農(nóng)藥殘留，可見新疆地區(qū)種植的哈密瓜無健康風(fēng)險(xiǎn)。

表3 倍硫磷和倍硫磷砜在不同采樣點(diǎn)樣品中的殘留量（n=5）

2.4 倍硫磷降解規(guī)律

倍硫磷在土壤中的殘留量、降解率等隨時(shí)間變化規(guī)律見圖2。

圖2 倍硫磷在土壤中的降解規(guī)律

加入農(nóng)藥后7、14、21、28和35 d，倍硫磷在土壤中的降解率分別為34.1%、48.9%、74.8%、88.7%和91.1%，而避光處理的降解率分別為17.7%、25.0%、40.8%、55.1%和70.6%。倍硫磷在土壤中的降解符合對數(shù)方程，在光照和避光條件下相關(guān)系數(shù)分別為0.974和0.966，說明實(shí)測值與方程模擬值擬合較好。相關(guān)文獻(xiàn)表明[5,22]，有機(jī)磷農(nóng)藥在土壤中的降解速率明顯高于在純水體系中，其主要原因是農(nóng)藥進(jìn)入土壤后能夠被土壤有機(jī)質(zhì)吸附或與土壤礦物質(zhì)金屬離子絡(luò)合，進(jìn)而加速催化農(nóng)藥發(fā)生水解反應(yīng)。本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，避光處理的降解率明顯低于光照處理組，這也與有機(jī)磷農(nóng)藥對光的敏感程度有關(guān)[22-23]。農(nóng)藥分子在光照的作用下可以形成激發(fā)態(tài)，進(jìn)一步加速農(nóng)藥的降解速率，由此表明，光降解或許是倍硫磷在土壤環(huán)境中轉(zhuǎn)化的重要途徑之一。

3 結(jié)論

本文測定了不同樣品（哈密瓜、土壤和水樣）中倍硫磷和倍硫磷砜的殘留，通過方法學(xué)考察，得到的相關(guān)系數(shù)r2均大于0.999，表明倍硫磷和倍硫磷砜在0.1～2.0 mg/L范圍內(nèi)有較好的線性關(guān)系。從不同樣品和加標(biāo)回收率試驗(yàn)結(jié)果看，平均回收率為82.3%～104.1%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.3%～7.9%，計(jì)算得到倍硫磷和倍硫磷砜的檢出限滿足農(nóng)藥殘留量檢測及定量準(zhǔn)確性的要求。對不同產(chǎn)地的土壤、灌溉水和哈密瓜樣本進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅土壤樣品中有少量倍硫磷殘留；對倍硫磷在土壤中的降解行為研究發(fā)現(xiàn)，35 d后90%以上的倍硫磷降解。本文建立的測定方法操作簡單高效，可為農(nóng)業(yè)發(fā)展、食品安全以及環(huán)境保護(hù)等方面提供具有參考性的分析依據(jù)，為合理施用農(nóng)藥提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。